一种评价强化传热管管内冷凝特性的装置.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN109001249A(43)申请公布日2018.12.14(21)申请号201810693505.9(22)申请日2018.06.29(71)申请人上海市特种设备监督检验技术研究院地址200062上海市普陀区金沙江路915号申请人上海蓝海科创检测有限公司(72)发明人任彬汤晓英(74)专利代理机构上海泰能知识产权代理事务所31233代理人宋缨钱文斌(51)Int.Cl.G01N25/14(2006.01)G01N25/20(2006.01)权利要求书2页说明书6页附图3页(54)发明名称一种评价强化传热管管内冷凝特性的装置(57)摘要本发明涉及一种评价强化传热管管内冷凝特性的装置，主要包括蒸汽系统、测试段、冷取水系统和数据采集系统，可以评价各种蒸汽或混合气在不同强化传热管内的局部冷凝传热和压降特性。蒸汽系统包括锅炉、预冷器、空压机、储气罐、干燥器、气体加热器、静态混合器，可以提供测试所需的纯组分、多组分蒸汽或含空气的混合气。测试段包括依次连接的直管测量段、冷凝段、测量段和观察段，进口处与蒸汽系统相连，出口处与气液分离器相连。预冷器和测试段的外套管两端还各自并联一套冷水却水一套系统。本发明可通过热阻分离法求得强化管的管内传热系数，为高效管壳式冷凝器的热力设计提供依据。CN109001249ACN109001249A权利要求书1/2页1.一种评价强化传热管管内冷凝特性的装置，包括蒸汽系统和测试段，所述测试段的进口处与蒸汽系统相连，出口处与气液分离器相连，其特征在于，所述测试段包括依次连接的直管测量段、冷凝段、测量段和观察段；所述直管测量段靠近冷凝段的入口处开有温度、压力和压差测试孔；所述冷凝段包括同轴设置的强化换热管和外套管，所述外套管套在强化换热管的外面，所述强化换热管和外套管的两端通过带开孔的压紧板进行固定；所述测量段靠近冷凝段的出口处也开有温度、压力和压差测试孔；所述观察段为透明管道，所述透明管道的一侧设置有用于分辨记录强化换热管内的气液两相流流型的高速摄像机；所述测试段的两端还并联有测试段冷却水环路。2.根据权利要求1所述的评价强化传热管管内冷凝特性的装置，其特征在于，所述蒸汽系统包括锅炉、预冷器、空压机、储气罐、干燥器、气体加热器和静态混合器；所述锅炉、预冷器和静态混合器依次相连，所述空压机、储气罐、干燥器和气体加热器依次相连，所述气体加热器的出口还与静态混合器相连；所述预冷器为多段式套管换热器，两端并联有预冷段冷却水环路；所述预冷器用于改变测试段进口蒸汽干度时：xi＝1-Qpre/hfg，其中，hfg为蒸汽汽化潜热，Qpre为预冷器中的传热量，在进行混合气冷凝实验时，预冷器用于改变测试段进口空气的质量分数：其中为空气体积流量，ρa为空气密度，为蒸汽质量流量。3.根据权利要求1所述的评价强化传热管管内冷凝特性的装置，其特征在于，所述直管测量段的长度为强化换热管内径的25倍；所述测试段内的蒸汽/混合气在强化换热管内冷凝，冷却水在内外管形成的环形通道内强制对流传热；通过控制冷却水流量和进口温度，使得测试段的出口干度与进口干度之差小于0.2，此时强化换热管内平均传热系数即可作为平均干度下的局部冷凝传热系数，通过测量蒸汽/混合气的进出口温度和测试段冷却水环路进出口温度，根据热阻分离法求得局部冷凝传热系数：hc＝do/[di·(1/U-Rw-1/ho)]，其中U为总传热系数，Rw为名义管壁热阻，ho为管外对流传热系数，di和do分别为强化换热管内外径；冷凝段的两相流摩擦压降通过计算，其中，G为质量通量，x为蒸汽平均干度，Pi和Po分别为测试段进出口压力，L为冷凝段长度，ρl和ρv分别为冷凝液和蒸汽密度、αv为空泡率。4.根据权利要求1所述的评价强化传热管管内冷凝特性的装置，其特征在于，所述测试段后面安装气液分离器对冷凝液进行收集，通过抑制池收集尚未冷凝的蒸汽，通过对流量值进行校核，其中mc为收集的冷凝液质量，ΔH为抑制池液面增加高度，A为抑制池截面积，t为实验时间，ρc为冷凝液密度；混合蒸汽冷凝时，不凝气质量含量ω＝(pt-ps)/[pt-(1-Ms/Mg)ps]，其中pt为测试段进口压力，ps为测试段进口温度对应的蒸汽饱和分压，Ms和Mg分别为蒸汽和不凝气的分子量。5.根据权利要求1所述的评价强化传热管管内冷凝特性的装置，其特征在于，所述测试段冷却水环路包括第一储水箱、第一磁力泵、第一流量计和第一辅助板式冷却器，所述测试段冷却水出口处连接第一辅助板式冷却器的进口，所述第一辅助板式冷却器的出口与第一储水箱的进口相连，所述第一储水箱的出口通过第一磁力泵与所述测试段冷却水进口处相连；所述第一磁力泵和冷却水进口处之间设置有第一流量计，所述第一储水箱内设置有加2